航空新一代齿轮钢15Cr14Co12Mo5Ni短棒状磁痕产生机制研究

刘春江; 王更杰; 姜涛; 刘昌奎; 刘明月; 王荣超; 张弘斌

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航空新一代齿轮钢15Cr14Co12Mo5Ni短棒状磁痕产生机制研究

更新时间：2026-04-30

- 航空新一代齿轮钢15Cr14Co12Mo5Ni短棒状磁痕产生机制研究
- Research on the generation mechanism of short rod-shaped magnetic traces in the new generation of aviation gear steel 15Cr14Co12Mo5Ni
- 机械传动 2026年页码：1-7
- 作者机构：
  
  1.中国航发北京航空材料研究院，北京 100095
  2.中航工业失效分析中心，北京 100095
  3.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095
  4.中国航空发动机集团航空材料检测与评价重点实验室，北京 100095
  5.中国航发中传机械有限公司，长沙 410200
  6.山东科技大学机械电子工程学院，青岛 266590
- 作者简介：
  
  刘春江，男，1987年生，北京人，硕士，工程师；主要研究方向为金属损伤与失效分析；lchj-2008@163.com。
- 基金信息：
- DOI：
  中图分类号： TG142.33
- 收稿：2025-11-07，
  
  修回：2026-01-05，
  
  网络首发：2026-04-30，
- 稿件说明：
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刘春江，王更杰，姜涛，等.航空新一代齿轮钢15Cr14Co12Mo5Ni短棒状磁痕产生机制研究［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-7.

LIU Chunjiang，WANG Gengjie，JIANG Tao，et al.Research on the generation mechanism of short rod-shaped magnetic traces in the new generation of aviation gear steel 15Cr14Co12Mo5Ni［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-7.
刘春江，王更杰，姜涛，等.航空新一代齿轮钢15Cr14Co12Mo5Ni短棒状磁痕产生机制研究［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-7. DOI：

LIU Chunjiang，WANG Gengjie，JIANG Tao，et al.Research on the generation mechanism of short rod-shaped magnetic traces in the new generation of aviation gear steel 15Cr14Co12Mo5Ni［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-7. DOI：

摘要

目的

15Cr14Co12Mo5Ni合金是新一代高强度、高耐温、高耐磨损的低碳高合金钢，广泛应用于航空航天、汽车变速箱等高端领域。磁粉检测在该合金构件的质量检验中具有重要作用，但短棒状磁痕的出现常常干扰检测结果。本文旨在探讨短棒状磁痕的产生机制，分析其与合金内部微观组织结构、碳化物分布及锻造工艺之间的关系，从而为优化锻造工艺、控制晶粒尺寸、抑制位错滑移带过度发育以及降低磁痕干扰提供理论依据。

方法

选取该合金齿轮轴孔磁痕显示处与非显示处样品，结合磁粉检测、扫描电子显微镜观察、金相分析及能谱分析手段，从宏观和微观层面对比研究磁痕的形态特征、碳化物成分及晶粒结构差异。

结果

通过宏观与微观分析，研究发现，短棒状磁痕的形成与Cr-Mo系碳化物在合金内的成串聚集密切相关，这些碳化物通过影响局部磁导率形成磁漏场，从而导致磁粉聚集。进一步的研究揭示了短棒状磁痕的组织演化链：“粗晶→位错滑移带→Cr/Mo富集→沿界面定向析出→碳化物成带→磁导率梯度→短棒状磁痕”。

Abstract

Objective

The 15Cr14Co12Mo5Ni alloy represents a new generation of low-carbon

high-alloy steels characterized by exceptional strength

elevated-temperature stability

and superior wear resistance

making it widely applicable in high-performance sectors such as aerospace engineering and automotive transmission systems. Magnetic particle inspection (MPI) serves as a critical non-destructive evaluation method for ensuring the structural integrity of components fabricated from this alloy. However

the presence of short rod-shaped magnetic indications frequently complicates defect assessment by introducing non-relevant signals. This study systematically examines the formation mechanism of such magnetic indications

with particular emphasis on their correlation with the alloy’s internal microstructural characteristics

carbide distribution patterns

and forging parameters. The findings provide a scientific foundation for optimizing forging practices

refining grain structure

mitigating excessive dislocation slip bands

and minimizing spurious magnetic indications in quality control processes.

Methods

Samples were collected from both the magnetic-indication-displaying and non-displaying regions of the alloy gear shaft hole. By integrating magnetic particle inspection (MPI)

scanning electron microscopy (SEM) observation

metallographic analysis

and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis

comparative studies were conducted on the morphological characteristics

carbide compositions

and grain structure differences of magnetic indications at both macroscopic and microscopic scales.

Results

Comprehensive macroscopic and microscopic investigations reveal that the formation of these magnetic indications is strongly associated with the chain-like clustering of Cr-Mo-rich carbides within the microstructure. These carbide aggregates induce local variations in magnetic permeability

thereby generating magnetic flux leakage fields that promote the accumulation of magnetic particles during inspection. Further analysis has elucidated a sequential microstructure evolution chain leading to the development of short rod-shaped magnetic traces: "coarse grains → dislocation slip bands → Cr/Mo segregation → interfacial directional precipitation → carbide banding → magnetic permeability gradient → magnetic particle accumulation."

关键词

Keywords

references

施文鹏，黎恒逸，张元东，等 . 基于DEFORM数值模拟的15Cr 14 Co 12 Mo 5 Ni钢齿轮锻造方案优化［J］. 精密成形工程， 2025 ， 17 （ 4 ）： 78 - 86 .

SHI Wenpeng ， LI Hengyi ， ZHANG Yuandong ， et al . Optimization of 15Cr 14 Co 12 Mo 5 Ni steel gear forging scheme based on DEFORM numerical simulation ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2025 ， 17 （ 4 ）： 78 - 86 .

LU S F ， DING H ， RONG K B ， et al . Composite mechanical deformation based semi-analytical prediction model for dynamic loaded contact pressure of thin-walled aerospace spiral bevel gears ［J］. Thin-Walled Structures ， 2022 ， 171 ： 108794 .

LISLE T J ， LITTLE C P ， AYLOTT C J ， et al . Bending fatigue strength of aerospace quality gear steels at ambient and elevated temperatures ［J］. International Journal of Fatigue ， 2022 ， 164 ： 107125 .

唐鑫，朱如鹏，杨卯生，等 . 新型高温渗碳不锈航空齿轮钢齿轮的弯曲疲劳失效机理［J］. 航空动力学报， 2022 ， 37 （ 3 ）： 589 - 599 .

TANG Xin ， ZHU Rupeng ， YANG Maosheng ， et al . Bending fatigue failure mechanism of the new high temperature carburizing stainless aviation steel gear ［J］. Journal of Aerospace Power ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 589 - 599 .

葛铠，张磊，赵焱明，等 . 大功率分动器疲劳试验齿轮断齿问题研究［J］. 机械传动， 2017 ， 41 （ 8 ）： 133 - 136 .

GE Kai ， ZHANG Lei ， ZHAO Yanming ， et al . Study on gear broken tooth in fatigue test of high power transfer case ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2017 ， 41 （ 8 ）： 133 - 136 .

SONG C ， HU S ， HAN Q Y ， et al . Ultrastrong gradient nanostructured CSS-42L bearing steel and its enhanced wear resistance at elevated temperature ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2023 ， 470 ： 129881 .

迟岑，邵晓寒，张栓 . 航空发动机弯管接头止动销改进设计与应用［J］. 失效分析与预防， 2025 ， 20 （ 2 ）： 133 - 140 .

CHI Cen ， SHAO Xiaohan ， ZHANG Shuan . Design improvement and application of stop pin for aeroengine elbow joint ［J］. Failure Analysis and Prevention ， 2025 ， 20 （ 2 ）： 133 - 140 .

孙勇，刘静 . 航空发动机柱塞泵滑靴异常磨损分析及铜合金磨损性能研究［J］. 失效分析与预防， 2025 ， 20 （ 3 ）： 247 - 256 .

SUN Yong ， LIU Jing . Abnormal wear analysis and wear properties of copper alloy study of plunger pump slipper for aero-engine ［J］. Failure Analysis and Prevention ， 2025 ， 20 （ 3 ）： 247 - 256 .

李伟超，滕旭东，黄凯，等 . 发动机旋流板裂纹故障分析［J］. 失效分析与预防， 2024 ， 19 （ 3 ）： 199 - 202，224 .

LI Weichao ， TENG Xudong ， HUANG Kai ， et al . Fault analysis of cyclone plate crack in a certain engine ［J］. Failure Analysis and Prevention ， 2024 ， 19 （ 3 ）： 199 - 202，224 .

夏尔冬，周福平，王春荣 . 采用Copula的齿轮多失效模式可靠性分析［J］. 三明学院学报， 2024 ， 41 （ 3 ）： 36 - 43 .

XIA Erdong ， ZHOU Fuping ， WANG Chunrong . Reliability study on multiple failure modes of gear based on copula ［J］. Journal of Sanming University ， 2024 ， 41 （ 3 ）： 36 - 43 .

刘海涛，薛世海，李涛，等 . 高速列车齿轮箱失效问题研究［J］. 大连交通大学学报， 2025 ， 46 （ 2 ）： 59 - 65，87 .

LIU Haitao ， XUE Shihai ， LI Tao ， et al . Research on failure of high-speed train gearbox ［J］. Journal of Dalian Jiaotong University ， 2025 ， 46 （ 2 ）： 59 - 65，87 .

WU Q ， DONG K ， QIN X P ， et al . Magnetic particle inspection：status，advances，and challenges—Demands for automatic non-destructive testing ［J］. NDT & E International ， 2024 ， 143 ： 103030 .

SHI A X ， WU Q ， QIN X P ， et al . Lightweight detector based on knowledge distillation for magnetic particle inspection of forgings ［J］. NDT & E International ， 2024 ， 143 ： 103052 .

付正刚，田钱仁，徐翔宇，等 . 高合金时效钢的线状磁痕缺陷形成机制分析［J］. 特钢技术， 2021 ， 27 （ 4 ）： 1 - 4 .

FU Zhenggang ， TIAN Qianren ， XU Xiangyu ， et al . Formation mechanism of linear magnetic trace defects in high alloy aging steel ［J］. Special Steel Technology ， 2021 ， 27 （ 4 ）： 1 - 4 .

周兵，江志铭，任传鹤，等 . 基于复合特征算法的磁痕识别方法［J］. 无损探伤， 2025 ， 49 （ 2 ）： 38 - 41 .

ZHOU Bing ， JIANG Zhiming ， REN Chuanhe ， et al . Magnetic trace recognition method based on composite feature algorithm ［J］. Nondestructive Testing Technologying Technology ， 2025 ， 49 （ 2 ）： 38 - 41 .

王攀峰，李明，康学勤 . Q355B钢板截面磁粉探伤显示磁痕的原因［J］. 上海金属， 2022 ， 44 （ 6 ）： 101 - 107 .

WANG Panfeng ， LI Ming ， KANG Xueqin . Cause for magnetic particle trace appearing on Q355B steel plate section during magnetic particle inspection ［J］. Shanghai Metals ， 2022 ， 44 （ 6 ）： 101 - 107 .

丁俊杰 . 苯罐大角焊缝及热影响区磁粉检测工艺［J］. 石化技术， 2025 ， 32 （ 9 ）： 203 - 205 .

DING Junjie . Magnetic particle detection technology for large fillet weld and heat affected zone of benzene tank ［J］. Petrochemical Industry Technology ， 2025 ， 32 （ 9 ）： 203 - 205 .

张廷玉，刘恒，秦鹏 . 基于磁粉检测的特种设备表面裂纹快速识别方法研究［J］. 化工管理， 2025 （ 23 ）： 115 - 117，133 .

ZHANG Tingyu ， LIU Heng ， QIN Peng . Research on rapid identif ication method of surface cracks in special equipment based on magnetic particle testing ［J］. Chemical Management ， 2025 （ 23 ）： 115 - 117，133 .

祖甲村 . 磁粉检测技术在煤矿机械设备探伤中的应用研究［J］. 机械管理开发， 2025 ， 40 （ 3 ）： 265 - 267 .

ZU Jiacun . Application of magnetic particle inspection technology in coal mine machinery and equipment flaw detection ［J］. Mechanical Management and Development ， 2025 ， 40 （ 3 ）： 265 - 267 .

全国无损检测标准化技术委员会 . 无损检测磁粉检测第 1 部分：总则： GB/T 15822.1-2024 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2024 ： 1 - 15 .

National Committee for Non-Destructive Testing Standardization . Non-destructive testing - magnetic particle testing - part 1：general provisions ： GB/T 15822.1-2024 ［S］. Beijing ： China StandardsPress ， 2024 ： 1 - 15 .

ASTM International . Standard test methods for determining average grain size ： ASTM E112-13（2021）［S］. West Conshohocken ： ASTM International ， 2021 ： 1 - 28 .

LIU H Y ， HU R ， XIA X P ， et al . Texture evolution and plastic deformation mechanism of cold-drawn co-Cr-Ni-Mo alloy ［J］. Metals ， 2024 ， 14 （ 6 ）： 642 - 652 .

游志强，侯廷平，林恒福，等 . 合金碳化物M 23 C 6 的磁性及磁致磁性［J］. 钢铁研究学报， 2021 ， 33 （ 4 ）： 322 - 329 .

YOU Zhiqiang ， HOU Tingping ， LIN Hengfu ， et al . Magnetism and magneto-magnetic properties of alloy carbide M 23 C 6 ［J］. Journal of Iron and Steel Research ， 2021 ， 33 （ 4 ）： 322 - 329 .

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